구름, cloud.
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공기가 상승하면 기압이 낮아져 부피가 늘어나고, 기온이 낮아진다. 이 과정을 단열팽창이라고 한다. 단열팽창으로 기온이 이슬점 아래까지 낮아지면 공기 중의 수증기가 응결되어 물방울이 된다. 이렇게 생긴 물방울이 모인 것이 구름이다. 수증기가 포화되어 응결되는 고도를 응결고도라고 한다.
구름의 형태는 형성되는 곳의 기상환경에 따라 다르지만 대체로 구름입자의 상태와 수직발달 정도에 따라 분류한다.
자연상태에서 구름이 생성되는 경우
- 저기압 중심으로 공기가 모여들면서 상승할 경우
- 산을 향해 바람이 불면서 산을 따라 공기가 상승할 경우
- 태양열에 의하여 덥혀진 지표 부근의 공기가 상승할 경우
- 찬 공기가 더운 공기 밑을 파고들면서 더운 공기를 상승시킬 경우
- 더운 공기가 찬 공기 쪽으로 이동하면서 찬 공기 위로 상승할 경우
떠 있는 이유?
구름은 작은 물방울이나 얼음결정으로 만들어진다. 일반적으로 구름은 1㎥당 0.5그램의 물방울을 포함하고 있어서 중력의 영향을 받아 떨어진다. 하지만 공기와의 마찰 때문에 매우 천천히 떨어진다. 그리고 구름 속에는 상승기류가 있어서 낙하운동은 상쇄된다. 또한 구름 속의 물방울은 단순히 떠 있는 것이 아니라 항상 생성과 소멸을 반복한다.
구름과 날씨
- 양떼구름(고적운)은 비가 올 징조 : 고적운은 저기압 전방 불연속면에 주로 나타나는 구름이다. 저기압이 접근하여 비가 올 것을 예측할 수 있다.
- 새털구름(권운)은 비가 올 징조 : 권운은 저기압 전면에 나타나는 구름이다. 저기압 중심에서 멀리 떨어진 전방에 나타나므로 저기압의 진로에 따라 비가 오지 않거나 오더라도 하루 정도의 여유가 있다.
- 뭉게구름(적운)은 맑음 : 적운은 고기압권 등에서 날씨가 좋을 때 일사에 의한 대류작용으로 생기는 구름이다. 일몰과 더불어 사라지며 다음 날도 맑은 날씨일 것이라 예측할 수 있다.
구름의 분류
구름은 크게 모양과 높이에 따라 분류할 수 있다. 모양에 따라, 상승기류가 강할 때 수직으로 발달하는 적운형 구름과 상승기류가 약할 때 수평으로 발달하는 층운형 구름으로 나눈다. 그리고 높이에 따라 분류하면, 상층에서는 권운, 권층운, 권적운이 발달하고, 중층에서는 고층운, 고적운이, 그리고 하층에서는 층적운, 난층운, 층운이 발달한다. 상층과 하층에 걸쳐서 수직으로 발달하는 적운, 적란운도 있다.
광현상
구름에 의해 대기 중의 여러 가지 광현상(光現象)이 관측된다. 햇무리 ·달무리는 빙정에 의한 것으로서, 빙정의 모양과 대기 중에 떠 있는 상태 등에 따라 무리의 형태도 변한다. 광관(光冠:corona)은 물방울에 의한 현상이므로, 광관이 관측되면 그 구름은 물방울로 된 구름임을 알 수 있으나, 반드시 물방울이라고 단정하기 어렵다. 채운은 구름입자가 아주 작을 때 나타나며, 빨강 또는 녹색으로 반짝인다.
무리현상이나 광관현상의 일부인 경우도 있다. 무지개는 지상에서 볼 수 있는, 여름 소나기 뒤에 일어나는 광현상인데, 그 외에 비행기 위에서 구름의 꼭대기를 내려다볼 때에 나타나는 광륜(光輪)현상도 무지개라고 할 때가 있으나, 광학적인 설명으로서는 옳지 않다.
채운현상, [ irisation , 彩雲現狀 , さいうんげんじょう ]
구름이 수평선 위 30도 이상의 높이에 있을 때는 구름 조각의 크기는 시각 1도 이하임. 이를 높은 구름은 얼음결정체들로 이루어져 있으므로 태양과 가까운 각도에 있으면 아름다운 빛깔을 띠는 채운이라는 현상을 말함.
무지개, [ rainbow ]
요약 공기 중의 물방울에 의해 태양광선이 반사·굴절되어 나타나는 원호. 태양의 반대쪽에 비가 오면 나타난다. 반사의 횟수, 물방울의 크기 차이 등으로 제1차 무지개, 제2차 무지개, 과잉무지개, 반사무지개, 안개무지개, 수평무지개 등 여러 종류가 생긴다.
무지개의 원리
태양과 반대쪽에 비가 올 경우, 그 물방울에 비친 태양광선이 물방울 안에서 반사·굴절되어 나타나는 현상이다. 세계 최초의 기상학 저서를 쓴 아리스토텔레스는 뱃머리에서 튀는 물방울 속에 무지개가 나타나는 것을 관찰하고, 태양의 반대쪽에 있는 물방울이 무지개의 발생에 중요한 구실을 한다는 것을 알아냈다.
무지개는 인공적으로도 만들 수 있는데, 태양을 등지고 분무기로 물을 뿜어 만든다. 무지개에는 다음과 같이 여러 종류가 있다.
① 제1차 무지개(primary rainbow) : 대일점(對日點)을 중심으로 반지름 약 42°의 광륜(光輪)으로서, 바깥쪽에 파장이 긴 적색, 안쪽에 파장이 짧은 청색이 나타난다.
② 제2차 무지개(secondary rainbow) : 흔히 쌍무지개라 하는 것으로, 빗방울 안에서 빛이 두 번 굴절·반사되어 만들어지며, 흔하지는 않지만 종종 볼 수 있다. 제2차 무지개는 제1차 무지개와는 달리 반지름이 약 51°로서 색의 배열순서가 반대로 나타난다.
③ 과잉무지개(supernumerary rainbow) : 제1차 무지개의 안쪽과 제2차 무지개의 바깥쪽에 나타나는데, 이것들은 제1차 무지개 및 제2차 무지개를 만드는 물방울로부터의 빛의 간섭에 의해서 생긴다고 보고 있다.
④ 반사무지개(reflection rainbow) : 태양광선이 매끄러운 수면에 반사된 다음 물방울에 입사될 때, 제1차 무지개 위에 생기는 같은 크기의 엷은 무지개이다.
⑤ 안개무지개(fogbow) : 반지름이 30μm(마이크로미터)보다 작은 물방울의 경우 대일점으로부터 37~40°의 거리에 나타나며, 테만 엷게 물든 폭이 넓은 무지개이다.
⑥ 수평무지개(horizontal rainbow) : 수면 위 등에서 수평면에 줄지어 떠 있는 물방울에 의해서 생긴다. 모양은 태양고도가 42° 또는 51°보다 작은가, 큰가, 같은가에 따라 각각 쌍곡선 모양, 타원 모양, 포물선 모양으로 보인다.
무지개의 색과 물방울의 크기가 밀접한 관계가 있다. 물방울에 의한 광선의 굴절에 의해 처음으로 무지개를 설명한 것은 13세기에 활약한 폴란드의 비텔로인데, 비텔로의 이론은 실험과학의 시조로서 베이컨에 의해 계승되었다. 베이컨은 무지개를 구름 속의 물방울이 구슬 모양의 거울로 작용하기 때문에 상(像)이 휘어서 색조가 생기는 것으로 생각하였다.
이구아수폭포의 무지개: 브라질과 아르헨티나의 국경. 너비 4.5km. 평균낙차 70m. 이과수폭포는 원주민 언어로 '엄청난 물'이라는 뜻이다.
제1차 무지개는 물방울에 의한 2회의 굴절과 1회의 반사에 의해서, 제2차 무지개는 2회의 굴절과 2회의 반사에 의해서 나타나는 것으로 알려져 있는데, 이것을 최초로 주장한 것은 M.A.도미니스이다. 이것과 독립적으로 1637년 R.데카르트도 굴절 원리에 의해 무지개를 설명하였다. I.뉴턴은 프리즘의 실험에 기초를 두고, 서로 다른 색의 광선은 굴절률에 차이가 있고, 이 차이로 무지개가 생기는 것으로 설명했다. 또 영국의 천문학자 G.B.에어리는 물방울의 크기의 차이에 의해서 여러 종류의 무지개가 나타나는 것을 밝혔다.
나이아가라폭포의 무지개: 북아메리카의 캐나다와 미국의 국경에 있는 폭포로 캐나다와 미국중간의 말굽폭포와 미국 뉴욕주의 아메리칸폭포(위의 사진)로 나누어진다.
무지개에 얽힌 전설은 수없이 많다. 중국에서는 무지개는 연못의 물을 빨아 올려서 생기는 것으로 생각해 왔는데, 이와 같은 생각은 아메리카인디언들에게도 있었다. 그러나 이에 대한 해석에 있어서는 상당한 차이가 있다. 한국에서는 옛날에 무지개 현상을 보고 홍수를 예상했다. 한 가지 예로서 ‘서쪽에 무지개가 서면 소를 강가에 내 매지 말라’는 속담이 있다. 서쪽 무지개는 동쪽에 태양이 있는 아침 나절에 서쪽에 비가 오고 있음을 뜻한다. 그리고 한반도는 편서풍 지대에 속해 있어 모든 날씨의 변동이 서쪽에서 동쪽으로 이동하기 때문에 비오는 구역이 점차 동쪽으로 이동하여 자기가 사는 곳까지 비가 올 가능성이 크다.
무지개는 소나기에 잘 동반되는데, 소나기는 빗방울이 굵기 때문에 짧은 시간에 많은 양의 비가 내리는 것이 보통이다. 따라서 홍수가 일어나기 쉽고, 홍수로 하천이 범람하여 귀중한 농우(農牛)를 떠내려 보내는 일이 없도록 예고한 것이라고 해석된다. 이에 반하여 아메리카인디언들은 물을 빨아 올리므로 가뭄의 원인이 된다고 생각했다. 동남아시아의 원시민족들은 아침 무지개는 신령(神靈)이 물을 마시기 위해 나타내는 것으로 여겼다. 무지개가 선 곳을 파면 금은보화가 나온다는 전설이 있는 나라도 있다.
예를 들면 아일랜드에서는 금시계가, 그리스에서는 금열쇠가, 노르웨이에서는 금병과 스푼이 무지개가 선 곳에 숨겨져 있다고 하였다. 이들 전설의 기원은 아마도 무지개를 잘 동반하는 강한 소나기가 내린 뒤에 고대 유적과 같은 곳의 표토가 씻겨져 내려서 아름다운 유물들이 발견된 데서 유래된 것이 아닌가 생각된다. 성서에서는 노아의 홍수 후 신이 다시는 홍수로써 지상의 생물을 멸망시키지 않겠다는 보증의 표시로서 인간에게 보여준 것으로 보았다.
그리스신화에서는 이리스(Iris)라는 여신이며 제우스의 사자(使者)로 알려져 있다. 이 밖에 여러 민족에 따라 하늘과 땅 사이의 다리(북유럽 신화), 뱀(아메리카인디언) 등으로 해석하고 있다. 아프리카의 바이라족(族)은 지상신(至上神), 말레이반도의 원주민은 하늘나라의 거대한 뱀 또는 뱀이 물을 마시러 온 것이라고 생각했다. 무지개를 타고 뱀이나 용이 물을 마시러 내려온다는 전설은 적지 않다. 동남아시아에서는 무지개를 신령이 지나다니는 다리 또는 사닥다리라고 해석했다. 한국에도 선녀(仙女)들이 깊은 산속 물 맑은 계곡에 목욕하러 무지개를 타고 지상으로 내려온다는 전설이 있다.
일반적으로 스펙트럼이란 빛의 성분을 파장의 순서로 나열한 것을 말한다. 빛을 각 성분으로 나누는 것을 '스펙트럼으로 분해한다'라고 표현할 수 있다. 물론 빛은 가시광선, 자외선, 적외선 등을 비롯하여 다양한 종류로 나눌 수 있다. 영국의 아이작 뉴턴은 가시선 스펙트럼 및 빛의 색과 파장의 관계를 발견하였다. 스펙트럼에는 가시선 스펙트럼처럼 파장에 따라 연속적인 색띠(color band)로 나타나는 연속 스펙트럼 외에 불연속적으로 띄엄띄엄 선(line)이나 띠(band)가 나타나는 불연속 스펙트럼이 있다. 스펙트럼의 의미를 더욱 쉽게 이해하기 위해 불연속 스펙트럼과 관련된 몇 가지 사실을 알아보자.
터널 조명에 쓰이는 노란색 나트륨등의 빛은 프리즘을 통과시켜도 노란 빛밖에 나오지 않는다. 이는 나트륨등의 빛이 하나의 파장의 빛밖에 포함하지 않기 때문이다. 이처럼 한 가지 파장의 빛을 단색광이라고 한다. 한편 푸른빛을 내는 수은등의 빛을 조사해보면 여러 가지 파장의 빛이 포함되어 있다. 즉, 수은등 빛은 몇 가지 단색광이 섞인 것이다.
이러한 나트륨등이나 수은등 빛의 스펙트럼은 몇 개의 띄엄띄엄 빛나는 선으로 이루어져 있는데, 이것을 선 스펙트럼이라고 한다. 선 스펙트럼은 원자의 '발광'이나 '흡수'라는 현상에 따라 나타나며, 원자의 종류에 따라 특유의 형태를 지닌다. 나트륨등이 노란빛, 수은등이 푸른빛을 내는 것은 나트륨과 수은의 원자가 각각 특이한 파장의 휘선(輝線)을 가진 선 스펙트럼을 발생하기 때문이다. 이 휘선은 물질의 온도나 압력, 전자의 충돌 속도 등의 발광 조건에 따라 세기가 변화하는 것으로 순수에 가까운 단색광이며, 선 스펙트럼에 여러 군으로 나타난다.
원자는 자신이 내는 빛과 동일한 파장의 빛을 흡수하는 성질이 있다. 예를 들면 저온 나트륨 원자에 백색광을 비추면 앞의 휘선과 동일한 파장의 빛이 흡수되어 백색광의 연속 스펙트럼에 어두운 선이 나타난다. 여러 개의 원자로 이루어진 분자에서는 원자 간의 결합에 의한 진동이나 회전에 의해 에너지 상태가 원자처럼 확실히 정해지지 않고 연속적으로 분포하는 에너지를 방출하거나 흡수한다. 이 때문에 분자 스펙트럼은 선 스펙트럼이 모인 연속 스펙트럼이 된다. 이것을 띠 스펙트럼이라고 한다.
이들과 관련된 중요한 결과로서 원자나 분자가 방출 또는 흡수하는 빛을 조사해 보면 원자 혹은 분자의 내부 구조가 어떻게 되어 있는지를 알 수 있다. 이런 측면에서 스펙트럼을 사용한 광분석이 최첨단 기술 등에 다양하게 응용되고 있다.
뉴턴은 '환상 또는 유령'이라는 말을 어원으로 하는 '스펙트럼'이라는 이름을 붙였지만, 스펙트럼의 활약상을 고려하면 이 분야는 그 어원과는 달리 엄청난 결과를 산출하고 있다. 이처럼 스펙트럼에 내포되어 있는 결과들과 연관지어 비누방울 또는 무지개와 같이 아름다운 세계로 여행을 떠나보면 마음이 풍요로울 것이다. 무지개를 과학적으로 처음 연구한 사람도 뉴턴이다. 그는 케임브리지 대학의 한 연구실에서 프리즘을 이용해서 태양광을 무지개 색으로 분해·관찰하고, 그 결과를 자신의 저서 『광학(光學)』에 기록했다. 1666년 어느 날, 뉴턴은 태양광을 프리즘에 통과시켜 무지개와 같은 연속된 색띠가 나타나는 현상을 발견했다. 이러한 현상이 일어나는 것은 태양광에 포함되어 있는 가시광선이 프리즘에서 굴절되면서 각 파장의 빛으로 분리되기 때문이다.
무지개에 대해 기술하기 전에 우리 주위에서 자주 접할 수 있는 비누 방울 또는 기름 막 등과 빛 간의 상호작용을 일별하려 한다. 비누 방울을 크게 불면 둥실둥실 떠오르면서 빨갛게 혹은 파랗게 보인다. 또한 비가 멈춘 후의 물웅덩이에 자동차가 떨어뜨린 얇은 기름의 막이 넓게 퍼질 때도 역시 이런 현상이 나타난다. 이것은 빛이 간섭(파장의 마루(정상)와 마루가 겹친 부분은 밝아지고, 마루와 골이 만난 부분은 어두워짐)을 일으키기 때문이다. 즉, 파장의 마루와 마루가 겹쳐 파장이 서로 강하게 또는 골이 겹쳐 파장이 약하게 되는 것이다.
비누 방울은 비누의 얇은 막으로 이루어져 있다. 이 비누 방울에 빛이 비치면 막의 표면과 그 맞은편의 안쪽, 즉 양쪽에서 빛이 반사된다. 다시 말해서 두 개의 반사광이 동시에 눈에 들어온다. 물론 이때 안쪽의 것은 표면의 것보다도 멀리서 빛이 반사된다. 환언하면 비누 방울의 표면에서 반사되는 빛은 그대로 눈으로 들어오지만, 맞은편의 안쪽에서 반사되는 빛은 방울의 막 속으로 일단 들어가 안쪽에서 반사된 후에 도달한다. 그래서 안쪽에서 반사된 빛은 표면에서 반사된 빛보다 긴 거리를 이동한다. 이들 양쪽에서 반사된 빛의 이동거리 차이 때문에 두 빛이 간섭을 일으키는 것이다. 여기서 빛은 파장을 서로 강하게 혹은 약하게 한다. 그 결과 비누 방울이 빨갛게 또는 파랗게 보인다.
환언하면, 빛의 간섭에 의해 강해지는 파장의 빛은 반사되고, 약해지는 파장의 빛은 반사되지 않는다. 그래서 막으로부터 반사되는 빛에 색이 있는 것처럼 보인다. 이런 결과로 빛은 파장의 성질을 지니고 있음을 알 수 있다. 이와 같이 방울과 빛의 상호작용을 생각하면서 무지개에 얽힌 비밀을 살펴보도록 하자. 비가 갤 무렵에 하늘에 자신의 자태를 뽐내는 무지개는 자연이 연출하는 빛과 색의 예술이다. 하늘 캔버스에 그려진 아름다운 색띠는 과연 무슨 조화에 의해 연출된 것일까?
우리도 프리즘을 사용하면 무지개를 만들 수 있다. 이것이 가능한 이유는 빛이 공기와 프리즘의 경계면에서 굴절하기 때문이다. 유리 프리즘은 정삼각형의 삼각기둥인데 빛은 공기에서 프리즘으로 들어갈 때, 그리고 프리즘에서 공기로 나갈 때 두 번 굴절한다. 이때 파장이 짧은 보랏빛은 파장이 긴 빨간빛보다 크게 굴절한다. 이 때문에 태양광을 프리즘에 통과시키면 여러 색깔의 빛으로 분리되어 색띠가 나타나는 것이다. 이런 현상을 '빛의 분산'이라 하고, 이와 같은 과정에 의해 분산광(dispersed light)이 탄생한다.
비가 내린 뒤 공기 속에는 수많은 작은 구형 물방울들이 방황한다. 이 작은 물방울들이 프리즘과 같은 역할을 해서 빛을 분산시켜 무지개를 만드는 것이다. 다만 구형 물방울 속에서 빛의 움직임은 삼각형 프리즘에서보다 조금 더 복잡하다. 공중에 떠다니는 물방울에 태양광이 닿으면 빛은 물방울의 표면에서 반사하거나 굴절에 의해 물방울 속으로 들어가게 된다. 물방울 속으로 들어간 빛은 그 일부가 물방울 내에서 반사한 뒤 다시 표면에서 굴절한 후에 밖으로 나간다.
그런데 물방울 안쪽에서 한 번 반사해서 밖으로 나가는 빛은 빛의 파장에 따른 굴절률의 차이 때문에 특정한 각도로 진행하게 된다. 예를 들어 빨간빛에서는 약 42.4°, 보랏빛에서는 약 40.6°가 된다. 공중에 배회하는 수많은 물방울 하나하나에서 이러한 빛의 굴절이 일어나 무지개가 생기는 것이다. 환언하면, 소나기가 내린 후에 아직 공기 중에 남아 있는 물방울에 태양과 자신이 서 있는 위치를 직선으로 연결해서 42.4°의 방향에 있는 물방울은 빨간색, 40.6°의 방향에 있는 물방울은 보라색으로 보인다. 이렇게 해서 우리는 아름다운 무지개를 볼 수 있는 것이다.
빛이 굴절되는 정도는 매질의 특성과 파장에 따라 다르며, 파장이 짧을수록 꺾이는 정도가 크다. 그래서 프리즘으로 태양광을 통과시키면 빛이 파장별로 분산된다.
때때로 무지개 위에 또 하나의 무지개가 보일 때가 있는데, 이것을 2차 무지개(secondary rainbow: 쌍무지개)라고 한다. 빛이 물방울 속에서 반사하는 횟수가 2회가 될 때 2차 무지개가 나타난다. 2차 무지개는 1차 무지개와 달리 안쪽이 빨간색, 바깥쪽이 보라색으로 색의 순서가 거꾸로 되어 있다. 또 2차는 1차 무지개보다 희미하여 잘 살펴보아야 보인다. 그러면 이렇게도 아름다운 무지개는 몇 가지의 색으로 구성된 자연의 선물일까? 장파장 쪽의 빨간색부터 단파장 쪽의 보라색까지 연속적으로 변화하는 색들을 아무리 세어 봐도 대여섯 색밖에는 보이지 않지만, 사람들은 무지개에 '빨-주-노-초-파-남-보(red-orange-yellow-green-blue-indigo-violet)'의 일곱 색깔이 있다고 생각한다.
무지개 색의 숫자를 '7'로 한 것은 뉴턴이 살던 시대의 분위기 때문인 듯하다. 이것은 과학적인 측면이 아니고, 사람들이 몇 가지로 보려고 하느냐와 관련된 '문화'의 문제인 듯하다. 당시 음악은 수학·기하학·천문학과 더불어 권위 있는 과목이었다. 음악의 '도~시'의 7음계가 마음속에 있었기 때문에 무지개를 보았을 때에도 사람들은 7이라는 수를 자연스럽게 떠올렸을 것이다. 그때까지의 기본적인 색은 빨강·노랑·초록·파랑·제비꽃색(짙은 보라)의 다섯 가지 색이었으므로, 여기에 두 가지 색을 더 보태서 일곱 색으로 하고 싶었던 것 같다. 그래서 빨강과 노랑 사이에 당시 일반적인 과일이던 오렌지의 색깔을, 파랑과 제비꽃색 사이에는 인도에서 수입되던 식물 염료인 인디고 (천연염료 중에서 가장 많이 사용된 청색 염료인 쪽의 색소)의 색깔을 영광스러운 새로운 색으로 선택했던 것이다.
이제 일반적으로 별로 다루어지지 않는, 눈으로 관찰할 수 없는 스펙트럼 영역인 적외선과 자외선으로 여행을 떠나보자. 적외선은 난방에 쓰일 뿐만 아니라 우주에서 구름이나 지구 환경 생태를 조사하는 데에도 이용된다. 우리가 주지하고 있는 것처럼 자외선은 세균 등의 세포를 형성하는 물질을 파괴시키므로 살균에 이용되기도 하지만, 오존층의 파괴로 지표면에 도달하는 양이 증가하여 문제를 야기하기도 한다. 이 두 가지 빛의 정체에 대해 일별하는 것도 흥미로울 것이다. 프리즘으로 태양광을 분해할 때 나타나는 빨간색 바깥쪽에 온도계의 머리 부분을 두면 온도가 점점 올라가고, 보라색 바깥쪽에 형광 잉크를 칠한 종이를 놓으면 환하게 빛이 난다.
이런 현상은 이 영역에 우리 눈에 보이지 않는 빛이 비치고 있기 때문이다. 빨간색 바깥쪽에 있는 빛(빨간색보다 긴 파장 부분)을 적외선, 보라색 바깥쪽에 있는 빛(보라색보다 짧은 파장 부분)을 자외선이라고 하는데, 유리는 적외선이나 자외선을 상당량 흡수하기 때문에 일반적으로 쓰이는 유리 프리즘을 이용하면 그것을 통과한 빛에는 적외선이나 자외선이 아주 조금밖에 들어 있지 않다.
적외선은 물체의 온도를 높이는 성질이 있으므로 열선(熱線)이라고도 한다. 물체에 적외선이 닿으면 그 적외선이 물체에 흡수되는데, 이때 물체를 이루고 있는 물질의 원자들이 더욱 활발하게 움직이게 된다. 물론 원자의 운동이 격렬해질수록 온도는 올라간다.
그리고 원적외선이라는 빛도 있는데, 이는 적외선 중에서도 파장이 긴 빛을 말한다. 원적외선의 '원(遠)'이란 빛을 분해할 때 '빨간색 바깥쪽의 먼 곳에 위치한다'는 의미이다. 그런데 원적외선은 물에 매우 잘 흡수되므로 공기 속을 통과할 때 수증기에 대부분 흡수되어 지표면에서는 태양광선을 프리즘에 통과시켜도 원적외선은 거의 나타나지 않는다. 이들과 관련하여 일반적으로 접할 수 있는 사실들을 몇 가지 살펴보면 생활에 도움이 될 것이다. 적외선을 이용한 것으로는 난방기구 또는 건조기, TV 등의 리모컨, 그리고 인체에서 발산하는 적외선을 감지하는 센서(sensor: 경비용이나 자동문용) 등이 있다.
자외선은 물질의 화학변화를 일으키는 성질이 있다. 옥외에 칠한 페인트나 햇빛이 닿는 곳에 둔 책의 그림들의 색이 바래는 것은 색소가 태양광선에 포함된 자외선에 의해 화학변화를 일으키기 때문이다. 또한 이것은 형광 물질을 발산하는 성질도 있다. 자외선을 비추면 빛을 발하는 투명한 잉크(형광물질이 함유된 상태)로 숨은 문자를 인쇄함으로써 신용카드의 위조 방지에 이용하기도 한다.
장식 조명에 사용되는 불가시광선(black light)을 의상에 비추면 환하게 빛이 나는데, 이는 불가시광선에서 자외선이 나와 천에 붙어 있는 형광 물질을 빛나게 하기 때문이다. 이 때 방출되는 불가시광선의 자외선은 약하고, 에너지도 적게 가지고 있어 인체에 해를 끼치지는 않는다.
고대인들은 하늘에 나타나는 모든 자연현상들이 신이 활동하는 표시라고 믿었다. 따라서 사나운 폭풍우에 이어 나타나는 무지개는 자비로운 신이 존재한다는 것을 의미했다. 특히 무지개는 하늘과 지상 사이의 경계선에 걸쳐져서 나타난다. 그러기에 신과의 통신을 나타내는 특별한 상징이기도 했다. 고대 그리스에서 무지개는 신의 현신이었다. 올림포스 산에서 사람들에게 메시지를 전해주는 이리스 여신이었다. 이리스는 최고의 아름다움이라는 꽃 아이리스로부터 라틴어 이름을 물려받았다. 무지개 여신인 이리스의 가장 중요한 임무는 소식의 전달이다. 그녀는 이슬방울로 만들어진 옷을 입고 무지개를 밟고 사람의 세계로 내려온다.
북유럽신화에서는 신들이 하늘과 사람이 사는 땅 사이에 다리를 세웠다. 이 다리가 비프로스트라는 무지개 다리다. 무지개가 신과 사람과의 소통의 통로인 것이다. 브라질 원주민 중 움반다(Umbanda)와 칸돔블레(Condomble) 족, 쿠바의 산테리아(Santeria) 인은 무지개에 비슷한 상징을 부여한다. 무지개가 신이 사는 높은 곳과 인간이 사는 낮은 곳 사이를 연결시켜주는 통로라는 것이다. 티베트에서 인간과 신은 무지개로 만들어진 하늘사다리를 타고 오르내렸다고 전해진다. 우리나라에도 이런 무지개 신화가 있다. 신라 진지왕은 도화(桃花)라는 부녀자의 아름다움에 반해 버렸다. 왕은 온갖 감언이설로 여인을 꾀었다. 여인은 두 남편을 섬길 수 없다며 왕을 모실 수는 없다고 버텼다. 결국 여인을 품지 못한 왕은 미련을 안고 죽었다. 그런데 그 날부터 일주일간 도화녀의 집 지붕에 오색 무지개가 섰다. 무지개 타고 저승에 가던 진지왕이 미련이 남아 머물다 간 것이란다. 하늘의 선녀도 무지개를 타고 지상에 오르내린다. 이처럼 우리나라에서도 무지개는 하늘과 땅을 연결하는 의미를 가지고 있었다.
나이지리아의 요루바(Yoruba)족 등 아프리카 문화에서 무지개는 하늘과 지상 사이에 흐르는 에너지로 본다. 이들은 그들이 상서로운 상징으로 보는 하늘 뱀과 동일시한다. 잉카인들은 무지개를 태양신과 연관 지었다. 고대 칼데아 인들은 무지개를 위대한 여신이 대홍수 뒤에 들어 올린 커다란 활이라고 했다. 사하라 사막 지대의 반투 족들의 왕은 자기들이 무지개로부터 내려온 사람들이라고 주장했다. 무지개를 이용하여 통치에 활용한 것이다. 중국 갑골문은 가장 오래된 기상현상 기록문이다. 무지개((虹)는 ‘2개의 머리를 지닌 괴물(용이나 뱀 종류)이 강물을 퍼 마신다’고 생각한다. 그들은 무지개가 떠오르면 벌벌 떨면서 점(占)을 치는 수선을 피웠다고 한다. 중국 전통에서 무지개는 천상과 지상의 합일인 천룡(天龍)의 상징이다. 그러나 기독교 세계에서 무지개는 노아의 홍수 이야기에 나타난다. 하나님의 용서와 사랑을 나타내는 상징인 것이다.
높은 온도에서는 포화되지 않은 공기도 기온이 낮아지면 포화에 이르게 된다. 포화 수증기량이 내려가기 때문이다. 공기 덩어리가 이슬점 온도에 도달하는 고도(응결고도)가 되면 공기는 포화 상태가 된다. 포화된 공기 덩어리의 일부가 응결되어 물방울로 변한다. 구름이 생기기 시작하는 것이다.
구름이 만들어지는 첫 번째 과정은 공기 덩어리가 응결되는 것이다. 그런데 공기 중에 응결핵의 역할을 하는 불순물이 없으면 구름이 잘 만들어지지 않는다. 실제로 공기 중에는 여러 가지 불순물이 섞여 있다. 0.1 미크론 정도의 흡습성 물질이나 젖기 쉬운 고체, 그리고 많은 이온 등이 떠 있다. 이를 중심으로 수증기가 응결하여 물방울을 만드는 것이다.
구름은 영상의 고도까지는 물방울로 존재한다. 그러나 0℃ 이하의 높은 고도에서는 과냉각 수적(水滴)이나 빙정(氷晶)으로 존재한다.
자연 상태에서 구름이 만들어지는 경우는 여러 가지가 있다. 저기압 중심으로 공기가 모여들면서 상승하는 경우가 우선 있다. 두 번째는 산을 향해 바람이 불면서 산을 따라 공기가 상승하는 경우이다. 태양열에 의하여 덥혀진 지표 부근의 공기가 상승할 경우에도 구름이 만들어진다.
전선도 구름을 만든다. 찬 공기가 더운 공기 밑을 파고들면서 더운 공기를 상승시킬 경우다. 반대로 더운 공기가 찬 공기 위로 상승하면서 만들어지기도 한다.
고대인들도 구름으로 국가의 미래나 날씨를 예측하고자 했다
삼국사기에 나오는 구름에 관한 기록은 다음과 같다. 신라 탈해왕 3년(59) 3월에 왕이 토함산에 오르자 양산과 같은 검은 구름이 왕의 머리 위에 뜨더니 한참 있다가 흐트러졌다. 백제 고이왕 26년(259) 9월에 궁성 동쪽에 청자색(靑紫色)의 구름이 일었는데 마치 누각과 같았다. 백제 비류왕 24년(327) 7월에는 붉은 까마귀와 같은 구름이 해를 끼고 있었다.
고려사에도 구름 관측 이야기가 나온다. 태조 19년(936) 9월에 왕이 3군을 거느리고 적진 앞으로 나아가는데 문득 칼과 창 같은 형상을 한 흰 구름이 우리 군사의 머리 위에서 일더니 적진을 향하여 날아갔다. 선종 9월(1092)에 서경으로 왕의 어가(御駕)2)를 수행할 때 자색 구름이 공(뒤의 숙종)의 장막 위에 어리니 이 기운을 바라보던 사람들이 장차 왕이 될 징조라고 하였다.
예종 17년(1122) 4월 임신(壬申)에 저녁 때 검은 구름이 북서쪽에서 일었는데 때로는 푸른 기운이 구름 사이에서 나오고 때로는 붉은 기운이 좌우에 끼더니 동남방을 향하였다가 18시경에 사라졌다. 명종 8년(1178) 10월 신묘(辛卯)에 한밤중에 짙은 구름이 검게 뒤덮였다가 서북쪽에서 은은한 광명이 땅을 밝혀 사람의 그림자가 보일 정도였는데 밤새도록 그러하다가 사라졌다.
고종 11년(1224) 9월 을축(乙丑)에 붉은 구름이 남서방향으로부터 북쪽에 이르렀는데 화영(火影) 같았다. 원종 원년(1260) 11월 기미(己未)에 아침부터 저녁때까지 흑운(黑雲)이 하늘에 퍼졌다. 공민왕 14년(1365) 7월 갑신(甲申) 밤에 동쪽에 붉은 구름이 있었다.
소나기를 뿌리는 흑운은 적란운이다.
삼국시대와 고려시대에 왕과 나라의 미래와 관련된 구름의 관측이 많았다면 조선시대는 조금 다르다. 구름으로 앞으로의 날씨를 예측하는 데 많은 관심을 기울였다. 조선왕조실록을 보면 영조 9년(1733) 5월 병오(丙午)에 가뭄 끝의 비를 얻은 영조는 “어젯밤 밖에 나와 정원 가운데 서 있노라니 동남쪽에 음운(陰雲)이 있고 이슬비가 얼굴에 스며 내린다. 비를 바라는 마음 간절할 때라 근심이 되어 잠을 이룰 수 없었다. 새벽에 빗소리 듣고 나도 모르게 넘어졌다가 일어섰다.”라는 기록이 있다.
순조 11년(1811) 4월 갑인(甲寅)에 순조 임금의 “오늘 곧 비가 올 기미가 있느냐？”는 질문에 좌의정 김재찬(金載瓚)은 “풍운의 기가 대단히 왕성하여 많은 비가 기대됩니다.”라고 답했다. 이와 같이 구름의 색깔이나 모습, 이동방향 등을 관찰하여 강우의 유무를 예측했다는 것을 알 수 있다.
[네이버 지식백과] 구름 - 하늘에 떠다니는 물과 얼음 (지구과학산책, 반기성)
참조항목
고적운, 권운, 권적운, 난층운, 상승기류, 응결, 이슬점, 저기압, 적운, 층운
역참조항목
카테고리
출처 & 참고문헌,
- [구름과 광현상 (두산백과)
- [구름 [cloud] (두산백과)
- [채운현상 [irisation, 彩雲現狀, さいうんげんじょう] (농업용어사전: 농촌진흥청)
- [네이버 지식백과] 무지개 [rainbow] (두산백과)
- [신비로 가득 찬 무지개의 내면세계 (빛과 색, 2005..,)
- 학습용어 개념사전
- 무지개는 아름다운 기상 현상이다. <출처 : 기상청 기상사진전>
- [무지개 [Rainbow] - 기상 현상중 가장 아름다운 천상의 이미지 (지구과학산책)
- [구름 - 하늘에 떠다니는 물과 얼음 (지구과학산책,)
- <(cc) Malene Thyssen, http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Malene at Wikimedia.org>
- 한국민족문화대백과
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